Тело человека можно сравнить с очень сложным механизмом, состоящим из множества отдельных систем, которые работают слаженно и своевременно для обеспечения жизнедеятельности. Можно сравнить и с программой, состоящей из тысяч строк кода, каждая из которых выполняет определенные функции. Но, и программисты не дадут мне соврать, в коде часто бывают ошибки или неточности. Одни приводят к неработоспособности программы или отдельной ее функции, другие становятся неожиданной фичей, дополняющей программу.
Сегодня мы с вами познакомимся с исследованием, в котором ученые решили детально рассмотреть моторику и нейромеханику человека, в программе которого имеется лишняя строка кода — полноценный шестой палец на каждой руке. Можно ли считать такое отклонение функционально полезным, есть ли у таких людей преимущества в моторике, и какие идеи в области протезирования возникли у исследователей? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.
Основа исследования
Прежде всего стоит коротенько рассмотреть что есть полидактилия. Как мы уже поняли, этот термин обозначает наличие у человека или животного (чаще у собак и котов) дополнительных пальцев на руках и/или ногах. Это анатомическое отклонение является наследственным. Примерно 2% новорожденных деток появляются на свет с лишним пальцем, 10% из них имеют лишний палец именно на верхней конечности. Ученые выяснили, что полидактилия начинает активно развиваться в течение 4 недель развития эмбриона, когда происходит активный рост конечностей. Основным источником полидактилии являются генетические мутации. На данный момент насчитано порядка 39 таких мутаций, связанных с формированием лишних пальцев. Также существует множество синдромов нарушения опорно-двигательного аппарата, в симптоматику которых входит полидактилия.
Упрощенная классификация полидактилии насчитывает 3 основные категории в зависимости от расположения лишнего пальца:
- радиальная (преаксиальная): удвоение сегментов первого пальца;
- центральная: удвоение второго-четвертого пальцев;
- ульнарная (постаксиальная): удвоение пятого пальца.
Помимо расположения полидактилия также делится на категории по структуре добавочного пальца/пальцев:
- полидактилия 1 типа: добавочные пальцы являются рудиментарными и состоят из кожи исключительно;
- полидактилия 2 типа: добавочные пальцы являются ответвлением основных;
- полидактилия 3 типа: добавочные пальцы являются полноценными (костная структура, нервы, суставы, кровоток, кожа и т.д.).
В рассматриваемом нами сегодня исследовании принимали участие 2 человека (17-летний парень и его 52-летняя мама), у которых полидактилия именно третьего типа (по 6 полноценных пальцев на обеих руках).
Ученые поставили перед собой ряд вопросов, на которые ранее никто особо не старался найти ответы: насколько хорошо
Демонстрация рук парня 17 лет, который принял участие в исследовании.
Забегая вперед, можно с уверенностью заявить, что
Результаты исследования
Изображение №1: дополнительный палец у молодого человека находится между большим и указательным пальцами.
В первую очередь исследователи решили выяснить какие мышцы и нервы участвуют в моторике 6-ого пальца.
Как мы видим на снимке правой руки, у большого пальца 2 фаланги, у остальных пяти — по три фаланги (1а, 1b). Также видно, что анатомия четырех пальцев (указательный, средний, безымянный и мизинец) участника исследования аналогична анатомии человека без полидактилии. Сосудистая и нервная структуры большого пальца участника такие же, как у человека без полидактилии.
Отличия имеются в суставах большого пальца. Запястно-пястный сустав большого пальца имеет шарообразный вид (1d) с тремя степенями свободы, включая кручение, в то время как в обычном случае запястно-пястный сустав большого пальца представляет собой седло, которое не допускает кручения. Дополнительный палец (далее ДП) имеет седлообразный сустав (1e), два внешних сухожилия сгибателей и один внутренний разгибательный аппарат (1c) и дополнительные пальцевые нервы.
Суммируя, эта рука, обладающая шестью пальцами, управляется большим числом мышц и нервов, чем рука с пятью пальцами. То есть у дополнительного пальца имеются «выделенные» мышцы и нервы, и он не использует соседние основные пальцы для моторики.
Изображение №2
Далее исследователи провели анализ биомеханических характеристик пальцев с использованием специального устройства, позволяющего оценить силу нажатия того или иного пальца (2а).
Проведения теста силы пальцев.
Тесты показали, что сила всех пальцев у участников с 6-ю и 5-ю пальцами практически идентична (2b). На графиках 2с показано сравнение силы пальцев человека с 6-ю пальцами и человека с пятью пальцами. Помимо общей силы и силы отдельных пальцев ученые проанализировали такой показатель как взаимозависимость, когда один палец действует под руководством другого (попробуйте согнуть только безымянный палец, и посмотрите какие еще пальцы начнут немного сгибаться). Этот тест позволил оценить степень независимости дополнительного пальца (2d). Анализ показал практически полную независимость, однако была обнаружена небольшая кооперация дополнительного и большого пальцев. Другие же пальцы обладали той же зависимостью, что и у людей с пятью пальцами.
Демонстрация независимости дополнительного пальца.
После этих тестов было проведено МРТ исследование моторной коры головного
Сравнение активности моторной коры показало, что активность дополнительного пальца в первичных сенсомоторных кортикальных слоях отличается от всех других пальцев и даже большого (2e). Таким образом было доказано, что моторикой ДП управляет выделенная область двигательной коры.
Следующий тест был еще любопытнее. Одна рука была закрыта градуированной сеткой. Испытуемые должны были в ответ на тактильный сигнал (прикосновение к спрятанной руке) указать на второй руке соответствующие точки прикосновения. Этот тест можно легко повторить в домашних условиях: спрячьте одну руку (например, левую) и пусть кто-то карандашом или ручкой легонько дотронется до кончика указательного пальца или любой другой точки, а вы должны, глядя на правую руку, сказать, где было касание. Такой тест позволяет определить насколько ментально человек осознает и представляет свое тело и его части.
На изображении 2f видно, что испытуемые полностью осознают все свои пальцы и воспринимают положение дополнительного пальца между большим и указательным.
Также исследователи провели более практические тесты, в которых участники должны были взаимодействовать с различными предметами или выполнять какие-то обычные действия. Таким образом можно было выяснить степень преимуществ или недостатков наличия дополнительного пальца.
Проверка моторики правой руки с шестью пальцами №1.
Проверка моторики правой руки с шестью пальцами №2.
Была использована точная система захвата движения для записи движений дистальных и проксимальных фаланг каждого пальца. Были обнаружены те же взаимозависимости между движениями пальцев (3а), что и в предыдущем биомеханическом тесте, предполагая, что подвижность и независимость ДП не уменьшаются во время манипуляции.
Изображение №3
Взаимозависимости между движениями пальцев сильно коррелировали между пятипалыми и шестипалыми руками для всех пальцев, кроме дополнительного. То есть дополнительный палец является абсолютно индивидуальным и самостоятельным.
Исследование кинематической синергии пальцев показало, что движения шестипалых рук обладают большей степенью свободы, чем у пятипалых рук (3b, 3c). Эти результаты были подтверждены теоретико-информационным анализом с учетом нелинейных соотношений (3d). Получается, что максимальная энтропия (вариативность) движений руки с шестью пальцами значительно выше, чем с пятью пальцами.
Также ученые отмечают, что дополнительный палец во время тестов перемещался в координации с большим и указательным пальцами вместе, а не с каждым из них по отдельности, или сам по себе (3e).
Из этих наблюдений следует вывод, что независимость дополнительного пальца это не замена указательному или большому, а проявление уникальной модели движения. Другими словами, эти тесты еще раз подтвердили полноценность моторики дополнительного пальца. Кроме того, дополнительным подтверждением этого утверждения также является и скорость моторики (3f) шестипалой руки, которая не уступала скорости руки с пятью пальцами.
Напоследок ученые решили поиграть в Guitar Hero, точнее в нечто подобное. Участники должны были нажимать на клавиши одним пальцем (каждому пальцу соответствовала отдельная клавиша), когда красный прямоугольник попадает в белое поле (3g). Скорость движения прямоугольников постепенно увеличивалась с каждым уровнем «игры». Время одного уровня составляло 2 минуты. После успешного завершения одного уровня начинался следующий, но более сложный.
Тест с клавишами.
Самым любопытным является подготовка к этому тесту: в течение 5 дней участники практиковались, используя одну правую руку (все 6 пальцев) или правую руку (5 пальцев) + 1 палец левой руки (3h).
В результате успешность прохождения уровней в обоих вариантах (1 рука / 6 пальцев и 2 руки / 5 + 1) была идентична, что доказывает, по словам ученых, фактическое преимущество 6 пальцев.
Обычные будничные дела (завязывание шнурков, набор текста и немного видео-игр) в исполнении парня с полидактилией.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
Эпилог
Данное исследование может показаться немного несерьезным, однако оно отвечает на ряд вопросов, которые ранее никто не хотел задавать. Во-первых, теперь мы точно знаем, что наш
Конечно, результаты этого труда не говорят о том, что все анатомические аномалии могут обладать положительными сторонами, и от них нельзя избавляться на самых ранних этапах проявления. Многие люди, у которых была выявлена полидактилия, расстались с ней еще в младенчестве. И это правильное решение. При этом нельзя осуждать желание ученых понять принципы работы
Сами исследователи очень воодушевленно говорят о своем труде и утверждают, что его результаты могут сподвигнуть научное сообщество к началу разработки дополняющих протезов, которые будут использоваться не как замена отсутствующей конечности, а как дополнительная. Что-то подобное уже было в фильме «Человек-паук 2» (2004), не правда ли. Остается надеяться, что дополнительные конечности не сведут с ума своего обладателя, и тот не начнет проводить смертельно опасные эксперименты с тритием.
В любом случае, мы можем сойтись в одном — неважно какие у человека есть физические недостатки, он остается человеком.
Небольшой сюжет BBC про семью, все члены которой обладают шестью пальцами на каждой руке. И это никак не мешает им быть счастливой, дружной и очень позитивно настроенной семьей.
Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Автор: Dmytro_Kikot